ヒッグスエネルギー場の発見

ピーター・マクダーミッド/ゲッティイメージズ

ヒッグス場は、スコットランドの理論物理学者ピーター・ヒッグスによって 1964 年に発表された理論によると、宇宙に浸透するエネルギーの理論的場です。ヒッグスは、宇宙の基本粒子がどのようにして存在するようになったかについての可能な説明として場を提案した 質量 というのは、1960 年代の量子物理学の標準モデルでは、実際には質量自体の理由を説明できなかったからです。彼は、この場が宇宙全体に存在し、粒子はそれと相互作用することで質量を獲得することを提案しました。

ヒッグス場の発見

当初、理論の実験的確認はありませんでしたが、時間の経過とともに、標準モデルの残りの部分と一致すると広く見なされていた質量の唯一の説明と見なされるようになりました.奇妙なことに、ヒッグス機構 (ヒッグス場と呼ばれることもある) は、標準モデルの残りの部分とともに、一般に物理学者の間で広く受け入れられていました。

理論の結果の 1 つは、量子物理学の他の場が粒子として現れるのと同じように、ヒッグス場が粒子として現れる可能性があるということでした。この粒子はヒッグス粒子と呼ばれます。ヒッグス粒子を検出することは、実験物理学の主要な目標になりましたが、問題は、その理論がヒッグス粒子の質量を実際に予測していなかったことです。十分なエネルギーを持つ粒子加速器で粒子の衝突を引き起こした場合、ヒッグス ボソンが現れるはずですが、探している質量がわからなかったため、物理学者は衝突にどれだけのエネルギーが必要かを知りませんでした。

原動力となっている希望の 1 つは、大型ハドロン衝突型加速器 (LHC) が実験的にヒッグス ボソンを生成するのに十分なエネルギーを持つことでした。それは、それまでに構築された他のどの粒子加速器よりも強力だったからです。 2012 年 7 月 4 日、LHC の物理学者は、実験結果がヒッグス粒子と一致することを発見したと発表しましたが、これを確認し、ヒッグス粒子のさまざまな物理的性質を決定するには、さらなる観測が必要です。これを支持する証拠が増え、2013 年のノーベル物理学賞がピーター ヒッグスとフランソワ エングラートに授与されました。物理学者がヒッグス粒子の特性を決定するにつれて、ヒッグス場自体の物理的特性をより完全に理解するのに役立ちます。

ヒッグス場のブライアン・グリーン

ヒッグス場の最も優れた説明の 1 つは、PBS の 7 月 9 日のエピソードで紹介された Brian Greene による次の説明です。 チャーリー・ローズ・ショー 、彼が実験物理学者のマイケル・タフツと一緒に番組に出演し、発表されたヒッグス粒子の発見について話し合ったとき：

質量は、オブジェクトがその速度を変更することに対して提供する抵抗です。あなたは野球をします。投げる時、腕に抵抗があります。ショットプット、あなたはその抵抗を感じます。粒子についても同様です。抵抗はどこから来るのですか？そしておそらく宇宙は目に見えない糖蜜のような「もの」で満たされており、粒子が糖蜜の中を移動しようとすると、抵抗や粘りを感じるという理論が提唱されました。それらの質量がどこから来るかは、その粘着性です。 ...それが質量を作成します....

… 目に見えない、とらえどころのないものです。あなたはそれを見ません。アクセスする方法を見つける必要があります。そして、現在実を結んでいるように見える提案は、陽子と他の粒子を非常に高速で衝突させる場合です。これは大型ハドロン衝突型加速器で起こることです...非常に高速で粒子を衝突させます。糖蜜を揺らしたり、ヒッグス粒子である糖蜜の小さな斑点をはじいたりできます。人々は粒子の小さな斑点を探しましたが、今では見つかったようです。

ヒッグス場の未来

LHC からの結果がうまくいけば、ヒッグス場の性質を決定するときに、量子物理学が宇宙でどのように現れるかをより完全に把握できるようになります。具体的には、質量についての理解が深まり、ひいては重力についての理解が深まる可能性があります。現在、量子物理学の標準モデルは重力を説明していません (ただし、他のものについては完全に説明しています。 物理学の基本的な力 ）。この実験的ガイダンスは、理論物理学者が次の理論に磨きをかけるのに役立つかもしれません。 量子重力 それは私たちの宇宙に当てはまります。

重力の影響以外では観測できない暗黒物質と呼ばれる、私たちの宇宙の神秘的な物質を物理学者が理解するのにも役立つかもしれません。あるいは、潜在的に、ヒッグス場をより深く理解することで、 暗黒エネルギー それは私たちの観測可能な宇宙に浸透しているようです。